Герметизация приборов и микросхем полимерными оболочками требует гораздо меньших (в 2-4 раза) затрат, чем помещение их в металлические, стеклянные и металлокерамические, металлостеклянные и другие корпуса, и обеспечивает высокую механическую прочность и большую стойкость к вибрациям и ударам. Кроме того, использование полимерных оболочек позволяет получать полупроводниковые приборы с малым отношением объёма прибора к объёму его активной части.

Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем используют полимерные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол, которые должны:

— быть механически прочными, выдержать определённые ударные нагрузки, вибрацию и ускорение, а так же обладать термостойкостью в диапазоне от –60 до +150 С;

— обладать высокими диэлектрическими свойствами (малыми диэлектрическими потерями, высокими удельным сопротивлением и электрической прочностью);

— быть химически стойкими к воздействию различных химических реактивов, применяемых при сборке приборов;

— не содержать примесей, ухудшающих параметры приборов;

— легко поддаваться формовке и иметь малую усадку при отверждении;

— быть дешевым;

— обеспечивать товарный вид изделия.

Стабильность параметров и надежность полупроводниковых приборов, герметизированных полумерами , определяются изменениями, которые происходят на поверхности полупроводника при проникновении влаги через полимерную оболочку, а также наличием примесей в полимерном материале и внутренним механическими напряжениями, возникающие в герметизирующем слое. Внутренние механические напряжения, возникающие в полимерной оболочке, обусловленные усадкой материала при отверждении и разностью значений коэффициентов температурного расширения полимера и полупроводникового материала, соответственно делит на усадочные и термические.

Усадка полимера при отверждении происходит вследствии испарения растворителя, если оболочку получают из раствора, или кплотнения, если отверждение происходит полимеризацией. Так, как в процессе усадки объём оболочки уменьшается, в ней могут возникнуть только напряжения растяжения. При охлаждении системы полупроводник–полимер, отверждённой при высокой температуре, возникают термические напряжения, также являющиеся напряжениями натяжения. Внутренее механическое напряжения могут вызвать растрескивание и отслаивание полимерной оболочки от полупроводникового кристалла, то есть нарушение герметичности, возникновение механических напряжений в полупроводниковом кристалле, существенно влияющих на электрические характеристики p-n-переходов, нарушение монтажных межсоединений внутри полимерной оболочки и повышение её газо- и влагопроницаемости.

Так как при длительной работе полупроводниковых приборов в полимерном материале могут протекать процессы старения, сопровождающиеся изменением его пластичности и прочности, необходимо использовать полимерные материалы, сохраняющие работоспособность в течение длительного времени. Чтобы обеспечить достаточную работоспособность полимерных оболочек и максимально уменьшить внутренние напряжения, необходимо процесс отверждения проводить при строго контролируемой температуре в наиболее благоприятном диапазоне.

В процессе хранения и эксплуатации ИМС подвергаются внешним воздействиям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажности окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосферного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и других факторов. Для защиты полупроводниковых приборов от таких воздействий предусматривается комплекс специальных мер. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили два способа защиты полупроводниковых структур: бескорпусная защита и корпусная защита (с использованием различных типов корпусов).

Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бес корпусной защиты определяется в первую очередь назначением и требованиями, предъявленными к защищаемой микросхеме. Например, если предусматривается защита сборочной единицы, в состав которой входит бескорпусная микросхема, то предварительно производится лишь промежуточная технологическая защита микросхемы, обеспечивающая стабильность её параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная микросхема выпускается в виде самостоятельного изделия, то её защита осуществляется с учётом всего комплекса климатических и механических воздействий, предусмотренных техническими условиями эксплуатации на данную микросхему.

Особое требование в случае бескорпусной защиты предъявляются к химической частоте и термостойкости герметизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглащению. Кроме того, герметизирующие материалы должны не только обеспечивать высокую жёсткость создаваемой конструкции, но и устойчивость её к различным видам воздействий.

Для бескорпусной защиты полупроводниковых структур используются в основном неорганические и органические полимерные материалы. Более высокой надёжностью характеризуются покрытия из неорганических материалов, однако, бескорпусная защита на основе органических материалов гораздо дешевле.

Если в процессе эксплуатации или хранения полупроводниковых приборов требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течении промежутка времени, то в этом случае рекомендуется применять корпусную герметизацию. Причём корпуса должны отвечать следующим основным требованиям: обладать достаточной механической прочностью и коррозионной стойкостью; иметь минимальные размеры; обеспечивать чистоту среды, окружающей полупроводниковый прибор; позволять легко и надёжно выполнять электрическое соединение между полупроводниковым приборами печатной платы, на которую устанавливается полупроводниковый прибор; обеспечивать минимальные паразитные ёмкости и индуктивности конструкции; обеспечивать надёжную изоляцию между токопроводящими элементами; быть герметичными и предотвращать проникновение влаги к защищаемой микросхеме; обеспечивать минимальное тепловое сопротивление между полупроводниковой структурой и окружающей средой ; защищать от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного излучения; обеспечивать возможность автоматизации процесса сборки; иметь минимальную стоимость.

Защищают p-n-переходы от внешних воздействий тонкими слоями специальных лаков и эмалей, наносимых на место выхода перехода на поверхность. Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и др. Достоинством метода является его простота и технологичность.

Защита p-n-переходов методом лакировки имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые в настоящее время лаки не отвечают требованиям, предъявляемым полупроводниковой технологией : недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.

Кроме перечисленных недостатков, следует отметить еще один важный недостаток лаков- их способность создавать в приповерхностном слое полупроводника значительные механические напряжения, что объясняется разными коэффициентами термического расширения лака и полупроводникового материала. Таким образом, качество защиты p-n-переходов и свойства лакированных приборов зависят от свойств лаков.

В качестве исходных материалов для лаков используются кремнийорганические смолы, обладающие высокой влагостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков ( трескаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с полупроводниками, хрупки) , которые устраняют введением модифицирующих добавок и специальных наполнителей. Некоторые свойства наиболее употребительных лаков и эмалей приведены в таб. 26. При выборе защитного покрытия ( лака или эмали ) необходимо исходить из эксплуатационных требований, которые предъявляют к конкретному полупроводниковому прибору. )